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http://hdl.handle.net/10773/30818
Title: | The effect of olivine in the tropical coral Montipora digitata: toxicological assessment and resilience to thermal stress |
Other Titles: | O efeito da olivina no coral tropical Montipora digitata: avaliação toxicológica e resiliência a stresse térmico |
Author: | Latães, Ana Catarina Estima |
Advisor: | Rocha, Rui Jorge Miranda Cruz, Igor |
Keywords: | Scleractinia Bleaching Coral reef Olivine mineral Photosynthetic efficiency Oxidative stress Cellular energy allocation Global warming SEM |
Defense Date: | 12-Feb-2021 |
Abstract: | The future of coral reefs is already being shaped by the resilience, or lack of
it, of different species to climate change. Corals are currently undergoing a
major ecological threat as result of ocean warming and acidification and
anthropogenic activities. Marine protected areas and reduced carbon
emissions are certainly relevant although likely insufficient to preserve this
ecosystem. Therefore, additional conservation strategies are required. Olivine
weathering, proposed as a CO2 removal strategy, is expected to increase
seawater alkalinity while consuming CO2 from the atmosphere. Although
verified the potential of increase pH values and alkalinity, the impact on marine
organisms and ecosystem is still to be understood. Our study aimed to
evaluate olivine exposure effects on tropical coral Montipora digitata,
assessing molecular biomarkers of oxidative stress and damage and
metabolic profiles, as well as photosynthetic efficiency, coral growth, pH and
dissolved oxygen variations. Firstly, our study assessed sub-lethal effects of
different olivine concentrations, 6.00, 9.00, 13.50, 20.25, 30.38, 45.56, 68.35
and 102.5 mg L-1 under an acute experiment of 96h. Primary results did not
show a general dose-response tendency, although photosynthetic efficiency
was impaired for increasing concentrations. HSP70 levels and protein content
decreased for higher concentrations, while lipid content showed higher values
as well as pH and DO. A second experiment was performed assessing chronic
exposure effects on M. digitata to a concentration of 20.25 mg L-1 of olivine
sand, of which we can conclude that a long-term exposure to olivine facilitates
M. digitata relative growth and photosynthetic efficiency as well as significantly
higher pH values. M. digitata experienced moderate oxidative stress efficiently
tackled by antioxidant enzymes and a higher relative growth rate through the
expense of tissue lipid content, but no additional energy demands to maintain
defence mechanisms or metabolic activity. Additionally, coral macrostructures
were not affected by olivine exposure. The final stage of this study aimed to
assess biological responses of the coral M. digitata to increase temperature
(30 ºC) for 24h, while exposed to 20.25 mg L-1 of olivine sand. Besides, we
evaluated if previous olivine exposure enhances coral resilience to rising
temperatures. Overall, biological response of M. digitata, associated with
antioxidant pathways and cellular energy allocation and consumption was not
indicative of induced thermal stress. Photosynthetic efficiency exhibited
significantly higher values when exposed to olivine at 30 ºC, although being
impaired in both treatments at the higher temperature. Therefore, we cannot
conclude that olivine exposure enhances resilience mechanisms in the coral
M. digitata whilst abnormal temperatures. O futuro dos recifes de coral está a ser moldado pela resiliência, ou falta dela, de diferentes espécies às alterações climáticas. Os corais são organismos marinhos sob uma grande ameaça ecológica como resultado do aquecimento e acidificação dos oceanos e das atividades antropogénicas. As áreas marinhas protegidas e a redução das emissões de carbono são certamente relevantes, embora provavelmente insuficientes para a preservação deste ecossistema. Assim, estratégias adicionais de conservação são necessárias. A desagregação de minerais como a olivina, proposta como uma estratégia de remoção de CO2, tem o potencial de aumentar a alcalinidade da água do mar enquanto consome CO2 da atmosfera. Embora verificado o potencial do aumento de valores de pH e alcalinidade, o impacte em organismos marinhos e no seu ecossistema, ainda não foi avaliado. O presente estudo teve como objetivo avaliar, pela primeira vez, os efeitos da exposição do mineral olivina no coral tropical Montipora digitata, avaliando biomarcadores moleculares de stresse e dano oxidativo e perfis metabólicos, bem como a eficiência fotossintética, crescimento do coral e variações de pH. Em primeiro lugar, o nosso estudo avaliou os efeitos sub-letais de diferentes concentrações de olivina, 6,00, 9,00, 13,50, 20,25, 30,38, 45,56, 68,35 e 102,5 mg L-1 durante uma exposição aguda de 96 h. Os resultados inicias não revelaram tendência geral de concentração-resposta, embora a eficiência fotossintética tenha sido menor em concentrações crescentes. Os níveis de HSP70 e o teor de proteína diminuíram em concentrações mais elevadas, enquanto o teor de lípidos apresentou valores superiores, assim como o pH e o oxigénio dissolvido. Um segundo ensaio foi realizado avaliando os efeitos da exposição crónica no coral M. digitata a uma concentração de 20,25 mg L-1 de olivina, do qual podemos concluir que a exposição prolongada a olivina facilitou o crescimento relativo de M. digitata e a sua eficiência fotossintética, contribuindo também para a manutenção de valores de pH significativamente mais elevados. M. digitata demonstrou stresse oxidativo moderado, eficientemente combatido pelas defesas antioxidantes, assim como uma maior taxa de crescimento relativo por intermédio de um consumo do conteúdo lipídico do tecido do coral, apesar de não demonstrar necessidade adicional de energia para manter os mecanismos de defesa ou atividade metabólica. Adicionalmente, as macroestruturas dos corais não foram afetadas pela exposição a olivina. A etapa final deste estudo teve como objetivo avaliar as respostas biológicas do coral M. digitata ao aumento da temperatura (30 ºC) em 24h, quando exposto a 20,25 mg L-1 de olivina. Além disso, avaliamos se a exposição anterior à olivina aumenta a resiliência dos corais ao aumento da temperatura. No geral, a resposta biológica de M. digitata, associada às vias antioxidantes, alocação celular de energia e consumo energético não foi indicativa de indução de stresse térmico, do qual não podemos concluir que a exposição ao mineral olivina aumente os mecanismos de resiliência no coral M. digitata quando este experiencia temperaturas anormais. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/30818 |
Appears in Collections: | UA - Dissertações de mestrado DBio - Dissertações de mestrado |
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